JPH0360384A - Micropump - Google Patents

Micropump

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Publication number
JPH0360384A
JPH0360384A JP1197234A JP19723489A JPH0360384A JP H0360384 A JPH0360384 A JP H0360384A JP 1197234 A JP1197234 A JP 1197234A JP 19723489 A JP19723489 A JP 19723489A JP H0360384 A JPH0360384 A JP H0360384A
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JP
Japan
Prior art keywords
elastic body
oscillator
micropump
vibrator
oscillation
Prior art date
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Pending
Application number
JP1197234A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaki Yamaguchi
昌樹 山口
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Brother Industries Ltd filed Critical Brother Industries Ltd
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Publication of JPH0360384A publication Critical patent/JPH0360384A/en
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable large output realization without needing a special amplitude magnifying mechanism by equipping an oscillator, which oscillates in the resonant conditions being given approximately elliptic oscillation, and a pump room capable of varying the content volume by oscillation of this oscillator. CONSTITUTION:For an oscillator used for a micropump, an ultrasonic oscillator 16 is used. In this ultrasonic oscillator 16, the first piezoelectric Substance 22 for giving curved oscillations to an elastic body 21 is mounted on the top of the elastic body 21 in rectangular plate shape, and in the elastic body 21, the second piezoelectric substances 23a and 23b for giving vertical oscillation to the elastic body 21 are mounted at the side faces which cross the mounting face nearly at right angles. Moreover, for a pump room, the content volume can be changed by the oscillation of the oscillator 16.

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野] 本発明は、ポンプに関し、特に微少量送りが可能なマイ
クロポンプに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a pump, and particularly to a micropump capable of feeding a very small amount.

[従来技術] 従来、圧電アクチユエータを用いたポンプはダイレクト
駆動が可能であり、駆動力変換機構が不必要であるとい
う利点から様々なポンプが提案されている。
[Prior Art] Conventionally, various pumps using piezoelectric actuators have been proposed because they have the advantage that they can be driven directly and do not require a driving force conversion mechanism.

しかし、圧電アクチュエータは単体では単位電圧当たり
300 [pm/V]と変位量が非常に小さいため、何
らかの変位量の拡大機構を必要としている。そこで、変
位量の大きいバイモルフ圧電体、積層圧電体及びてこの
原理を応用した拡大機構を用いたポンプが考案されてい
る。その−従来例として、特開昭62−276276号
公報の圧電ポンプの実施例を第5図及び第6図に示す。
However, since the piezoelectric actuator alone has a very small displacement of 300 [pm/V] per unit voltage, it requires some kind of mechanism for enlarging the displacement. Therefore, pumps have been devised that use bimorph piezoelectric bodies with large displacements, laminated piezoelectric bodies, and expansion mechanisms that apply the lever principle. As a conventional example, an embodiment of a piezoelectric pump disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-276276 is shown in FIGS. 5 and 6.

圧電アクチュエータ1は変位伝達部材3及び4を介しレ
バー5及び6に一体化して接続され、該レバー5及び6
はヒンジ8及び9を介し固定部材7に一体化して接続さ
れ、前記圧電アクチュエータ素子1の伸縮変位量をてこ
の原理で増幅するものである。ここに、10及び11は
別の変位伝達部材、12はポンプ本体、13は弁、工4
はノズルである。
The piezoelectric actuator 1 is integrally connected to levers 5 and 6 via displacement transmission members 3 and 4, and
is integrally connected to the fixing member 7 via hinges 8 and 9, and amplifies the amount of expansion/contraction displacement of the piezoelectric actuator element 1 based on the principle of leverage. Here, 10 and 11 are other displacement transmitting members, 12 is a pump body, 13 is a valve, and 4
is a nozzle.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、前記従来ポンプにおいて、てこの原理を
用いた方法では、変位拡大率を大きくするほど、その拡
大機構が複雑になるとともに、駆動推力が小さくなって
しまうという欠点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional pump described above, in the method using the lever principle, the larger the displacement magnification rate, the more complicated the expansion mechanism becomes, and the driving thrust becomes smaller. There were drawbacks.

また、上述のポンプでは被駆動物体の逆流を防止するた
めに逆止弁が不可欠であった。
Further, in the above-mentioned pump, a check valve is essential to prevent backflow of the driven object.

拡大機構及び逆止弁は、準静力学的な運動であり、駆動
信号の周波数は構成各部の共振周波数以下(前記従来技
術例では300Hz)に制限されるために、高速応答が
困難であった。
The expansion mechanism and check valve have quasi-static motion, and the frequency of the drive signal is limited to below the resonance frequency of each component (300 Hz in the prior art example), making it difficult to respond quickly. .

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、特別な振幅拡大機構を必要とせずに、かつ大
出力化が可能な振動子を用いたポンプを得る事をその目
的としている。
The present invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to obtain a pump using a vibrator that can increase output without requiring a special amplitude expansion mechanism. There is.

さらに、逆止弁の不必要なポンプを得る事、及び数十k
Hzの駆動信号が使用可能な高速応答ポンプを得る事を
も目的としている。
Furthermore, it is possible to obtain unnecessary pumps with check valves, and tens of kilos.
Another objective is to obtain a high-speed response pump that can use Hz drive signals.

〔課題を解決するための手段] この目的を達成するために本発明のマイクロポンプは、
略楕円振動が励振され、共振状態で振動する振動子と、
該振動子の振動により内容積を変化可能なポンプ室とを
具備するという構成をとっている。
[Means for solving the problem] In order to achieve this object, the micropump of the present invention has the following features:
A vibrator that is excited with approximately elliptical vibration and vibrates in a resonant state;
The pump chamber is configured to include a pump chamber whose internal volume can be changed by the vibration of the vibrator.

また、前記振動子は、少なくとも2ケ所の駆動部を有し
、該駆動部において前記略楕円振動の位相が互いに逆相
となるよう励振されるという構成をとっている。
Further, the vibrator has at least two drive sections, and is configured to be excited in the drive sections so that the phases of the substantially elliptical vibrations are opposite to each other.

[作用] 上記の構成を有する本発明のマイクロポンプは、振動子
がその形状寸法等の調節により共振状態で励振されてい
るので、非共振状態に比べ数百倍の大振幅の略楕円振動
を行う事ができる。
[Function] In the micropump of the present invention having the above-mentioned configuration, the vibrator is excited in a resonant state by adjusting its shape and dimensions, so it generates approximately elliptical vibration with an amplitude several hundred times larger than that in a non-resonant state. I can do it.

そして、該略楕円振動によってポンプ室内の被駆動体は
直接推力を受は送り出される。
The driven body within the pump chamber receives or is sent out a direct thrust by the approximately elliptical vibration.

このとき、前記振動子に形成された2ケ所以上の駆動部
が交互にポンプ動作を行うので、被駆動体は逆流する事
なく次々と送り出され逆止弁がいらない。さらに、前記
ポンプ室に高弾性材料より構成された細管を用いると、
吐出量の微調節ができる。
At this time, since two or more driving parts formed on the vibrator alternately perform pump operations, the driven bodies are sent out one after another without backflow, and no check valve is required. Furthermore, if a thin tube made of a highly elastic material is used in the pump chamber,
Fine adjustment of discharge amount is possible.

また、例えば振動子弾性体としてAd、ブロンズ等の金
属を用いれば共振周波数、つまり動作周波数を数十kH
z以上にすることは容易に実現できる。
For example, if a metal such as Ad or bronze is used as the vibrator elastic body, the resonance frequency, that is, the operating frequency, can be increased to several tens of kilohertz.
It is easy to achieve a value of z or more.

[実施例コ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。
[Example 1] Hereinafter, an example embodying the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明のマイクロポンプに用いる振動子は例えば特願平
1−46866号の明細書及び図面に見られる超音波振
動子を用いる。
The ultrasonic vibrator used in the micropump of the present invention is, for example, the ultrasonic vibrator seen in the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 1-46866.

第1図及び第2図は、本実施例の超音波振動子を示した
ものである。本実施例の超音波振動子16は、矩形平板
形状を有する弾性体21の上面に、該弾性体21に曲げ
振動を励振するための第1圧電体22が着設されている
。該弾性体21において、前記着設面と略直交する側面
には、該弾性体21に縦振動を励振するための第2圧電
体23a及び23bが着設されている。
1 and 2 show the ultrasonic transducer of this embodiment. In the ultrasonic transducer 16 of this embodiment, a first piezoelectric body 22 for exciting bending vibration in the elastic body 21 is attached to the upper surface of an elastic body 21 having a rectangular flat plate shape. In the elastic body 21, second piezoelectric bodies 23a and 23b for exciting longitudinal vibration in the elastic body 21 are attached to the side surfaces substantially orthogonal to the mounting surface.

前記弾性体21の長手方向中心は、該弾性体21を固定
するための固定ボルト24a及び24bにより固定され
ている。該固定ボルト24a及び24bの他の一端は、
基台25a及び25bに固定されている。
The longitudinal center of the elastic body 21 is fixed by fixing bolts 24a and 24b for fixing the elastic body 21. The other ends of the fixing bolts 24a and 24b are
It is fixed to bases 25a and 25b.

前第−圧電体22の上面には、電極26が着設されてい
る。また前記第2圧電体23a及び23bの上面には電
極27a及び27bが着設されている。また前記弾性体
21自身は、アース電極を兼ねており、該弾性体は前記
固定ボルト24a及び24bを介して基台25a及び2
5bに接地されている。
An electrode 26 is provided on the upper surface of the first piezoelectric body 22 . Further, electrodes 27a and 27b are installed on the upper surfaces of the second piezoelectric bodies 23a and 23b. Further, the elastic body 21 itself also serves as a ground electrode, and the elastic body is connected to the bases 25a and 25 through the fixing bolts 24a and 24b.
It is grounded to 5b.

更に該弾性体21は、その厚さ方向に所定の周波数fに
おいて両端自由端2次モードで曲げ振動し、且つ同一の
周波数fにより長さ方向に両端自由端1次モードで縦振
動するように形状寸法を調節されている。
Further, the elastic body 21 bends in a secondary mode at both free ends at a predetermined frequency f in the thickness direction, and longitudinally vibrates in a primary mode at both free ends in the length direction at the same frequency f. The shape and dimensions have been adjusted.

一般に、弾性体中を伝播する縦振動の共振周波数は、該
弾性体の長さに依存する。また弾性体の厚さ方向の曲げ
振動の共振周波数は、前記長さ及び厚さに依存する。従
って、前述のような弾性体21を設計する事は容易であ
るので、その詳細は省く。
Generally, the resonant frequency of longitudinal vibration propagating in an elastic body depends on the length of the elastic body. Further, the resonance frequency of bending vibration in the thickness direction of the elastic body depends on the length and thickness. Therefore, since it is easy to design the elastic body 21 as described above, the details thereof will be omitted.

以上のように構成された超音波振動子16の作用を以下
に説明する。
The operation of the ultrasonic transducer 16 configured as above will be explained below.

まず、第1圧電体22に前記所定周波数fの交流電圧を
印加して振動させると、前記弾性体21は曲げ振動2次
モードで共振振動する。
First, when an alternating voltage of the predetermined frequency f is applied to the first piezoelectric body 22 to cause it to vibrate, the elastic body 21 resonates in a secondary mode of bending vibration.

次に第2圧電体23a及び23bに前記周波数fの交流
電圧を印加して振動させると、前記弾性体21は縦振動
1次モードで共振振動する。つまり前記固定ボルト24
a及び24bで固定される位置は各定在波の節となって
いる。
Next, when an alternating voltage of the frequency f is applied to the second piezoelectric bodies 23a and 23b to cause them to vibrate, the elastic body 21 resonates in the first mode of longitudinal vibration. In other words, the fixing bolt 24
The positions fixed by a and 24b are nodes of each standing wave.

このとき、前記第1圧電体22と第2圧電体23a及び
23bに印加する電圧の振幅及び位相を調節すると、前
記弾性体21には任意の形状の略楕円振動を発生する事
が可能となる。
At this time, by adjusting the amplitude and phase of the voltages applied to the first piezoelectric body 22 and the second piezoelectric bodies 23a and 23b, it is possible to generate approximately elliptical vibration of an arbitrary shape in the elastic body 21. .

上述の超音波振動子を好適に利用したマイクロポンプの
動作を第3図に基づき説明する。第3図において第1図
及び第2図と同じ符号の付された各部材は、前記詳述し
た各構成部材と同一である事を意味している。
The operation of a micropump that suitably utilizes the above-mentioned ultrasonic vibrator will be explained based on FIG. 3. In FIG. 3, each member given the same reference numeral as in FIGS. 1 and 2 means the same as each component described in detail above.

マイクロポンプ31は、高弾性体であるゴムの細管32
に前記超音波振動子16が当接されており、該超音波振
動子11の弾性体21において両端部の同一面上に駆動
部33a及び33bが形成されている。この2つの駆動
部33aと33 b l:おいては前記略楕円振動の位
相はちょうど逆相となっている。
The micropump 31 is made of a thin rubber tube 32 that is a highly elastic material.
The ultrasonic transducer 16 is brought into contact with the elastic body 21 of the ultrasonic transducer 11, and drive parts 33a and 33b are formed on the same surface at both ends. In these two driving parts 33a and 33bl, the phases of the substantially elliptical vibrations are exactly opposite to each other.

上述のように構成されたマイクロポンプ31においては
、前記超音波振動子16の圧電体22及び23に所定周
波数fの交流電圧を印加すると、該超音波振動子16は
大振幅の略楕円振動が励振され、その振幅は数μm〜数
十μm程度になる。
In the micropump 31 configured as described above, when an alternating current voltage of a predetermined frequency f is applied to the piezoelectric bodies 22 and 23 of the ultrasonic vibrator 16, the ultrasonic vibrator 16 generates a large-amplitude approximately elliptical vibration. It is excited, and its amplitude is about several micrometers to several tens of micrometers.

該楕円振動により前記駆動部32aは第3図(a)に示
すように前記細管32を押しつぶす如く動作する。その
圧縮力により、該細管32中の流体34は同図中矢印C
の方向に駆動力を受ける。前記駆動部32aが細管32
からはなれると、振動位相が逆相の駆動部32bは同図
(b)のように細管32を圧縮する。このように、前記
流体34は駆動部32a及び32bにより略連続して駆
動力を受けるので、逆流する事なく吐出される。よって
、逆止弁を用いずとも、ポンプ動作が可能となる。
Due to the elliptical vibration, the driving section 32a operates to crush the thin tube 32, as shown in FIG. 3(a). Due to the compressive force, the fluid 34 in the thin tube 32 is moved to the direction indicated by the arrow C in the figure.
Receives driving force in the direction of. The drive section 32a is a thin tube 32
When separated, the driving part 32b whose vibration phase is in the opposite direction compresses the thin tube 32 as shown in FIG. In this way, the fluid 34 receives the driving force substantially continuously from the driving parts 32a and 32b, so that it is discharged without backflowing. Therefore, pump operation is possible without using a check valve.

尚、上記実施例では定在波を励振する振動子を例にとり
説明したが、これに限定されるものではなく、進行波を
励振する振動子など種々の振動子を用いる事が可能であ
る。
Although the above embodiments have been described using an example of a vibrator that excites a standing wave, the present invention is not limited to this, and various types of vibrators such as a vibrator that excites a traveling wave can be used.

また、上記実施例では振動子の振動周波数を超音波領域
としたが、これに限定されるものではなく、数Hz〜数
百Hz程度の低周波を用いる事も可能である。
Further, in the above embodiment, the vibration frequency of the vibrator is in the ultrasonic range, but it is not limited to this, and it is also possible to use a low frequency of about several Hz to several hundred Hz.

更に、超音波振動子の弾性体及び圧電体を矩形平板とす
る例について説明したが、円板状9円環状1円筒状、棒
状、方形状等種々の形状をとる事が可能である。
Furthermore, although an example in which the elastic body and piezoelectric body of the ultrasonic transducer are rectangular flat plates has been described, it is possible to take various shapes such as a disk shape, nine annular shapes, one cylindrical shape, a rod shape, and a rectangular shape.

上述したマイクロポンプ31を好適に利用したピペット
41の構成について第4図に基づき説明する。
The structure of a pipette 41 that suitably utilizes the above-mentioned micropump 31 will be explained based on FIG. 4.

同図において、第1図乃至第3図と同じ符号の付された
各部材は、前記詳述した各構成部材と同一である事を意
味している。
In this figure, each member given the same reference numeral as in FIGS. 1 to 3 means the same as each component described in detail above.

ピペット41は、ヨーク42中に流体34をためるため
のタンク43が形成され、該タンク43とマイクロポン
プ31を接続するための第1の流路44が配置されてい
る。更に、該マイクロポンプ31の吐出方向には、第2
の流路45が配置されている。一方、該マイクロポンプ
31を駆動するために、バッテリ46と制御回路47が
接続されている。該バッテリ46は、ベーパーバッテリ
を用いる事により、非常に小型化されている。また、4
8は前記タンク43の蓋である。
In the pipette 41, a tank 43 for storing the fluid 34 is formed in a yoke 42, and a first channel 44 for connecting the tank 43 and the micropump 31 is arranged. Furthermore, in the discharge direction of the micro pump 31, a second
A flow path 45 is arranged. On the other hand, in order to drive the micro pump 31, a battery 46 and a control circuit 47 are connected. The battery 46 is extremely miniaturized by using a vapor battery. Also, 4
8 is a lid of the tank 43.

以上のような構成のピペット41では、マイクロポンプ
3101回の吐出量が非常に少量のため、正確な吐出量
制御が可能である。
In the pipette 41 configured as described above, the amount of discharge per micropump 310 is very small, so accurate control of the amount of discharge is possible.

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が
可能である。
In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

[発明の効果コ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、振動子を用いたポンプにおいて、特別な振幅拡大機構
を必要とせずに、かつ大出力化が可能なポンプを得る事
ができる。さらに、逆止弁の不必要なポンプを得ること
ができる。
[Effects of the Invention] As is clear from the above detailed description, the present invention provides a pump that uses a vibrator and is capable of increasing output without requiring a special amplitude expansion mechanism. You can get it. Furthermore, a pump that does not require a check valve can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図から第3図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第1図は、本発明に用いる超音波振動子の上
面を示す上面図、第2図は上記超音波振動子の側面を示
す側面図、第3図は本発明を適用するマイクロポンプの
動作を示す概略図、第4図は本発明を適用するピペット
の断面図、第5図は従来の圧電ポンプの概略図、第6図
は従来の圧電ポンプの概略図である。 図中、16は超音波振動子、31はマイクロポンプ、3
2は細管、33は駆動部である。
1 to 3 show embodiments embodying the present invention. FIG. 1 is a top view showing the top surface of the ultrasonic vibrator used in the present invention, and FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing the operation of a micropump to which the present invention is applied, FIG. 4 is a sectional view of a pipette to which the present invention is applied, and FIG. 5 is a schematic diagram of a conventional piezoelectric pump. FIG. 6 is a schematic diagram of a conventional piezoelectric pump. In the figure, 16 is an ultrasonic transducer, 31 is a micro pump, and 3
2 is a thin tube, and 33 is a driving section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、略楕円振動が励振され、共振状態で振動する振動子
と、 該振動子の振動により内容積を変化可能なポンプ室とを
具備した事を特徴とするマイクロポンプ。 2、請求項1記載のマイクロポンプにおいて、前記振動
子は少なくとも2ケ所の駆動部を有し、該駆動部におい
て前記略楕円振動の位相が互いに逆相になるよう励振さ
れる事を特徴とするマイクロポンプ。 3、請求項1或いは2記載のマイクロポンプにおいて、 前記ポンプ室として高弾性材料により構成された細管を
用いる事を特徴とするマイクロポンプ。
[Claims] 1. A micropump characterized by comprising a vibrator that is excited with approximately elliptical vibration and vibrates in a resonant state, and a pump chamber whose internal volume can be changed by the vibration of the vibrator. 2. The micropump according to claim 1, wherein the vibrator has at least two drive parts, and is excited in the drive parts so that the phases of the substantially elliptical vibrations are opposite to each other. micro pump. 3. The micropump according to claim 1 or 2, wherein a thin tube made of a highly elastic material is used as the pump chamber.
JP1197234A 1989-07-28 1989-07-28 Micropump Pending JPH0360384A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10578576B2 (en) 2015-10-28 2020-03-03 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Joint evaluation method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10578576B2 (en) 2015-10-28 2020-03-03 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Joint evaluation method

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